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李成喜1，王煥新1，陳國艷2
（1.武漢凱迪控股投資有限公司，湖北武漢430223；2.清華大學熱能系，北京100084）
摘要：武漢凱迪公司自主研發的生物質直燃循環流化床鍋爐，不同于普通的燃煤循環流化床鍋爐和其它的生物質直燃鍋爐。其鍋爐燃料品種主要以稻殼、麥殼、枝椏薪材、秸稈、樹皮、木材廠邊角廢料等農林廢棄物為主，與普通的燃煤循環流化床鍋爐有較大差異，適合于各種農林廢棄物混合循環流化燃燒。65t/h生物質循環流化床鍋爐的冷態測試對流化床鍋爐的安全高效運行具有重要意義。
我國生物能源資源豐富，農業、畜牧業、林業殘余物和工業用木料加工剩余物的生物質資源量以及能源植物生物質資源量，每年存量相當于6.74億t標準煤，其中，年可開發資源相當于1.78億t標準煤，而且其利用不受區域限制，比太陽能、風能等新能源更適合我國地廣人多且分布不均衡的國情。在我國，不僅具有廣泛的生物質能源資源優勢，而且開發生物質能源的相關技術條件和法律環境也已經具備。《可再生能源中長期發展規劃》目標是，到2020年生物質發電總裝機容量達到3000萬kW[1-6]。
凱迪公司自主研發的循環流化床鍋爐燃燒生物質，具有相對其它型鍋爐燃燒生物質高效、高脫硫效率、低NOx排放、高碳燃盡率、長燃料停留時間、強烈的顆粒返混、均勻的床溫、燃料適應性廣等優點，被公認為是一種最具發展前景的“潔凈”煤燃燒技術。我國自20世紀80年代末開始對燃生物質流化床鍋爐進行了研究，后期根據稻殼的物理、化學性質和燃燒特性，設計出以流化床燃燒方式為主，輔之以懸浮燃燒和固定床燃燒的組合燃燒式流化床鍋爐，并且為配合三段組合燃燒采取了四段送風的方式[7-9]。
因此，本文充分利用凱迪公司研發的生物質直燃循環流化床鍋爐，研究適合生物質直燃循環流化床鍋爐性能測試的方法。對1號爐冷態實驗完成了各風管道18個風量測量一次元件風量標定實驗、布風板阻力特性實驗、料層阻力及臨界流化風量實驗等相關實驗內容。選擇出最佳的一次風、二次風運行方式，并為爐子的熱態運行提供基礎數據。
1實驗系統簡介
本實驗鍋爐（如圖1所示）是中溫次高壓參數、單鍋筒、自然循環、單段蒸發系統、集中下降管、平衡通風的CFB鍋爐。鍋爐主要由爐膛、高溫絕熱分離器、自平衡“U”形返料器和尾部3個煙道組成。爐膛蒸發受熱面采用膜式水冷壁，尾部第1、第2煙道采用水冷包墻。爐膛下部布置水冷布風板，布風板上安裝鐘罩式風帽，具有布風均勻、防堵塞、防結焦和便于維修等優點。鍋爐采用2個高溫絕熱分離器，布置在燃燒室與尾部對流煙道之間，外殼由鋼板制造，內襯絕熱材料及耐磨耐火材料，分離器上部為蝸殼形，下部為錐形。防磨絕熱材料采用拉鉤、抓釘、支架固定。高溫絕熱分離器回料腿下布置一個非機械型返料器，返料為自平衡式，流化密封風用高壓風機單獨供給。返料器外殼由鋼板制成，內襯絕熱材料和耐磨耐火材料。
耐磨材料和保溫材料采用拉鉤、抓釘和支架固定。爐膛、旋風分離器和返料器三部分構成了CFB鍋爐的核心部分———物料熱循環回路，燃料在爐膛內和循環物料混合并燃燒，產生熱煙氣，形成氣固兩相流。氣固兩相流在爐膛內向上流動。在這一過程中大顆粒循環物料在不同高度向下回落，形成循環流化床鍋爐的內循環。其余循環物料隨熱煙氣經爐膛出口進入到旋風分離器，分離器對氣流進行分離凈化，分離下來的固體顆粒經過返料器返回到爐膛，形成鍋爐的外循環。實驗系統的基本參數如表1所示。
2實驗原理與方法
根據流量測速元件的工作原理，一定溫度下，通過流量測量元件所在風道的流量與該測量元件差壓值之間存在著確定的對應關系，如下式所示：
風量標定實驗采取各個測量元件單獨測定的方法進行。對于每個測量元件，調整相關風門擋板，在不同的風量下，測量通過該風道的實際風量值和該測量元件的動壓值，得出風量與測量元件輸出動壓值之間的對應關系。
實際風量值按照多點等截面網格法用標準畢托管和電子微壓計進行測量。測量元件動壓值用電子微壓計測量。
對本次標定的18個測量元件實驗結果逐一進行說明。實驗結果中，給出了每個測量元件的流量系數K和修正系數C，并給出了實驗條件下流量與測量元件差壓開方的關系曲線。測試工況主要有三種：鍋爐最大連續出力、常用負荷及額定負荷對應的發電功率為15MW、13.5MW、12MW。
3實驗結果與分析
本實驗采用的進口便攜式電子微壓計精度較高，并且能夠方便地對測量值取平均值，實驗中，對每一測量網格點除了往復進行一次外，對每一點還利用該電子微壓計進行了30次左右的平均。
3.1一次熱風測量元件標定結果
表2是一次熱風總風測量元件標定實驗結果，圖2與圖3分別是實測風量與測量元件差壓開方和DCS顯示風量的關系曲線。
如圖2所示，一次熱風總風測量元件流量系數K值均比較穩定，實驗條件下風道的流量與測量元件差壓開方呈良好的線性關系。從圖3中可以看出，DCS顯示風量比實際測量值偏差僅為1.73%，原風量顯示值準確。
3.2左風室一次熱風測量元件標定結果
表3是左風室一次熱風測量元件標定實驗結果，圖4與圖5分別是實測風量與測量元件差壓開方和DCS顯示風量的關系曲線。
如圖4所示，左風室一次熱風測量元件流量系數K值均比較穩定，實驗條件下風道的流量與測量元件差壓開方呈良好的線性關系。從圖5中可以看出，DCS顯示風量比實際測量值偏小較多，左風室一次熱風平均偏差-59.21%。
3.3右風室一次熱風測量元件標定結果
表4是右風室一次熱風測量元件標定實驗結果，圖6與圖7分別是實測風量與測量元件差壓開方和DCS顯示風量的關系曲線。
圖6所示，右風室一次熱風測量元件流量系數K值均比較穩定，實驗條件下風道的流量與測量元件差壓開方呈良好的線性關系。從圖7中可以看出，DCS顯示風量比實際測量值偏大較多，右風室一次熱風平均偏差106.63%。
3.4二次總風測量元件標定結果
表5是二次總風標定實驗結果，圖8與圖9分別是實測風量與測量元件差壓開方和DCS顯示風量的關系曲線。
如圖8所示，二次總風測量元件流量系數K值均比較穩定，實驗條件下風道的流量與測量元件差壓開方呈良好的線性關系。從圖9中可以看出，顯示風量比實際測量值偏小，二次總風平均偏差為-12.54%。
實驗過程中發現DCS系統中，除一次熱風總風風量、左、右風室一次熱風流量外，其余風量均無流量計算公式，鍋爐畫面上的顯示值為風量測量元件輸出差壓值。本次實驗給出了鍋爐側18個流量測量元件的修正系數，并完成了風量測量元件計算公式的組態工作。
風量標定過程中，發現左、右側二次風量差壓變送器故障，DCS上無法正確顯示風量，建議對故障變送器進行更換；左側下層二次風量測量元件與變送器所連取樣管堵塞，DCS上無法正常顯示風量，建議對取樣管進行更換。
根據上述實驗結果，協助公司完成了測量元件的DCS組態及顯示工作。風量元件的標定和在DCS的正確顯示，有助于鍋爐運行風量與風量配比調節，使鍋爐的運行工況更加合理，有利于提高效率、控制磨損、降低廠用電耗，對于鍋爐安全經濟運行具有重要意義。
4結論
（1）1號爐一次風測量元件標定結果顯示，測量元件流量系數K值均比較穩定，實驗條件下風道的流量與測量元件差壓開方呈良好的線性關系，說明標定的數據準確可靠，可以滿足現場使用的要求。
（2）目前部分表盤顯示風量與實際測量值偏差較大。左風室一次熱風偏差-59.2%，右風室一次熱風偏差106.6%。左側燃燒器混合風偏差21.3%，左側燃燒器點火風偏差-16.6%，右側燃燒器點火風偏差-26.9%。二次風總風量偏差-12.5%。右側下二次風偏差-14.5%。左側松動風偏差-18.9%，右側松動風偏差-24.2%，右側返料風偏差-13.3%。也有一部分顯示風量與實際測量值基本一致，如一次熱風總風偏差-1.7%。播料風冷風量偏差-2.0%。，密封風冷風量偏差4.7%。右側燃燒器混合風偏差-2.6%。
（3）選擇出了最佳的左一次風、右一次風、左二次風、右二次風的風量、風壓等特性，可以指導熱態實驗。
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